鄧清貴

對同素異形體之間的互變是否屬于氧化還原反應(yīng)的問題，中學(xué)化學(xué)教學(xué)實踐和一些網(wǎng)絡(luò)資源的解釋上存在一些誤解.如對典型的互變反應(yīng)“2O3=3O2”，有網(wǎng)絡(luò)資源指出“特別注意：因為臭氧特殊的π鍵，故臭氧轉(zhuǎn)化為氧氣是一個氧化還原反應(yīng)，2O3=3O2轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4/3mol”.筆者認(rèn)為這個觀點是不對的，其分析過程存在片面性，會對中學(xué)教學(xué)產(chǎn)生誤導(dǎo)，不利于學(xué)生全面理解掌握氧化還原、價鍵理論的相關(guān)知識.

化合價的意義和數(shù)值與分子中化學(xué)鍵的類型有關(guān)，原意是某種元素的原子與其他元素的原子相化合時兩種元素的原子數(shù)目之間一定的比例關(guān)系.中學(xué)階段采用“反應(yīng)前后是否有元素的化合價發(fā)生了變化”這一直觀判據(jù)作為氧化還原反應(yīng)的判斷依據(jù)，并將其作為氧化還原反應(yīng)的特征，師生也廣泛接受運用這個方法，一般都沒有問題.

日本化學(xué)教授桐山良一、美國著名化學(xué)家鮑林分別在1952年和1975年發(fā)表論說，對確定元素氧化數(shù)的方法制定了一些規(guī)則，嚴(yán)宣申教授2011年在《化學(xué)教育》雜志撰文《氧化數(shù)》對氧化數(shù)理論進(jìn)行了通俗易懂的解釋.氧化還原反應(yīng)也得到了正式的定義：化學(xué)反應(yīng)前后，元素的氧化數(shù)有變化的一類反應(yīng)稱作氧化還原反應(yīng).

據(jù)此看，中學(xué)階段用于判斷反應(yīng)類型的“化合價”其實就是高等化學(xué)教程里所說的“氧化數(shù)”.用氧化數(shù)理論，可以更科學(xué)地解釋中學(xué)階段“化合價”理論所不能解釋的問題.曾有教師撰文論述：用形成化學(xué)鍵的情況分析，從化合價的角度看，Cr2O72-轉(zhuǎn)變?yōu)镃rO5不屬于氧化還原反應(yīng).我為此在《氧化數(shù)與化合價：兼與李東林老師討論“一個值得商討的問題”》一文中，從氧化數(shù)理論出發(fā)提出了不同看法，認(rèn)為該反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng).

對于同素異形體的互變屬于何種反應(yīng)類型的問題，還是應(yīng)該從氧化數(shù)理論出發(fā)去澄清認(rèn)識.氧化數(shù)理論有自己的定義和標(biāo)準(zhǔn)，如單質(zhì)的氧化數(shù)設(shè)定為0，這和中學(xué)所講“單質(zhì)的化合價為0”是一致的.因而，以2O3=3O2為代表的同素異形體之間的互變都不屬于氧化還原反應(yīng)，因為氧化數(shù)沒有發(fā)生變化.吳國慶教授在《對一些中學(xué)生網(wǎng)友提問的回答》一文中，也以回答學(xué)生提問的方式對此做了強調(diào).如果一定要指定一種反應(yīng)類型，那么這些反應(yīng)可以歸結(jié)為“非氧化還原反應(yīng)”中的“同素異形體互變反應(yīng)”，也不屬于傳統(tǒng)的四大反應(yīng)類型.

有部分教師提出：從分子結(jié)構(gòu)的角度看，O3分子內(nèi)的π鍵導(dǎo)致三個原子事實上不等同，并從共價鍵的電荷分布角度分析，得出氧原子分別具有不同的化合價，進(jìn)而得出“氧原子化合價不為0” 的觀點.我認(rèn)為這種思維存在知識缺陷，是沒有正確理解化合價理論的發(fā)展變遷所致.從原子帶電荷情況以及共價鍵構(gòu)型的角度分析化合價，屬于行將淘汰的“電價”理論，但目前在中學(xué)階段所提的“化合價”已經(jīng)不是單純依靠電價理論，而是融合了氧化數(shù)理論，只不過沒有廣泛正式使用“氧化數(shù)”這一名稱而已，此“化合價”已非彼“化合價”.

由此，還可以引發(fā)對“反應(yīng)類型”的更深層次認(rèn)識.在初中剛學(xué)習(xí)化學(xué)的入門階段，除了向?qū)W生介紹四大基本反應(yīng)類型——化合反應(yīng)、分解反應(yīng)、置換反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)，還會從簡單的“得失氧、得失氫”的觀察上介紹氧化還原反應(yīng)，重在觀察反應(yīng)的外在——物質(zhì)的組成形式.教師要注意強調(diào)，這四大類型的反應(yīng)是“基本”類型，是在無數(shù)的化學(xué)反應(yīng)中占比例比較高的、有明顯規(guī)律可循的反應(yīng)，但不能涵蓋所有的反應(yīng).高中化學(xué)學(xué)習(xí)階段進(jìn)一步提升了氧化還原反應(yīng)的內(nèi)涵，相比較于初中時對于化學(xué)式中“氫氧得失”情況的直接觀察，更體現(xiàn)了對物質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化的認(rèn)識，其判斷依據(jù)——“化合價”——本身在概念和數(shù)值上就具有物質(zhì)結(jié)構(gòu)的屬性.

自2004年課程標(biāo)準(zhǔn)實施以后，高中化學(xué)教材實現(xiàn)了多樣化，有教材對“氧化數(shù)”的引入開始做了嘗試.如山東科技出版社前期出版的高中《有機化學(xué)基礎(chǔ)》選修模塊課本，曾在有機化學(xué)反應(yīng)中引入氧化數(shù)的概念，并運用于反應(yīng)類型的判斷；有一些中學(xué)教師也較早就在進(jìn)行引入氧化數(shù)概念的嘗試.但大部分中學(xué)教材一直在遵循傳統(tǒng)，堅持使用化合價一詞.中學(xué)教師作為教學(xué)的組織引導(dǎo)者，在知識更新、主動探索方面也存在行動滯后的問題，所以才會出現(xiàn)對一些與高等化學(xué)知識銜接中出現(xiàn)困惑和爭論的問題.如果教材能夠與時俱進(jìn)，及時吸收成熟的理論成果進(jìn)行更大力度的推廣運用，對需要銜接的概念、理論做一些鋪墊，既是對知識的升華，也能體現(xiàn)知識的發(fā)展遞進(jìn)關(guān)系，還有利于學(xué)生形成辯證思維、形成質(zhì)疑意識、形成更好的知識發(fā)展關(guān)聯(lián)，同時可以促使中學(xué)教師更新知識.